王建赢
黑龙江辰能新能源开发股份有限公司黑龙江省哈尔滨市150000
摘要：随着农林生物质发电行业的快速发展，为保证机组安全、经济运行，提高调节品质，绝大多数企业均采用DCS对电厂自动控制。论文主要介绍了国产NT6000分散控制系统的结构和特点，及其在我国某1×30MW机组上的应用实践，同时，重点针对部分控制回路的控制策略做了详细阐述。
关键词：农林生物质发电；DCS系统；自动控制；控制策略
0 前言
我国农林生物质发电行业发展迅速，2006年，随着全国首台生物质能发电项目国能单县生物发电厂的投入运营，我国农林生物质商业化能源化利用实现了从0到1的突破。2020年，全国农林生物质发电新增装机217万千瓦，累计装机达到1330万千瓦[1]。
农林生物质发电机组虽然较传统火电机组系统简单，但在机组数据监控、自动控制方面要求也很高，目前，国内多数电厂均采用DCS作为机组主要控制手段。近年来，随着我国自动控制系统制造业的快速发展，国产DCS系统在安全性、经济性上逐渐占据优势，随着软件技术的不断升级，先进技术、组态学习以及技术支持上得到用户的肯定。国内的DCS系统生产厂家设计的系统相对开放，管控一体化以及现场总线监控等都达到相当高的水平，已广泛运用于生物质电厂[2]。
1 国内某农林生物质电厂概况
我国北方某县农林生物质发电厂于2018年成立，主要以周边区域玉米秸秆、水稻壳、树根片等农林废弃物为原料，从事生物质发电、热力生产销售，是当地消纳农林废弃物，促进农民增收主力企业。公司建设规模为1×130t/h循环流化床锅炉，配套1×30MW抽凝式汽轮发电机组，机组与2019年开工建设，2020年11月实现首次并网。该机组稳定运行后年均发电2.1亿千瓦时，消纳各类农林废弃物30万吨，可实现减排二氧化碳25.6万吨。该生物质电厂采用国内某厂NT6000型DCS，机组投运以来，控制便捷，组态方便，运行稳定。
2 NT6000型DCS简介
NT6000是国内某大型工控系统厂商采用高起点设计标准，在吸收国际先进技术基础上，创新研制而成的新型分散控制系统。NT6000分散控制系统以高速工业以太网络和功能强大的DPU为基础，软、硬件都采用了国际标准或主流工业产品，构成开放的工业控制系统。NT6000分散控制系统由人机接口、监控软件、控制网络、分散处理单元、I/O网络和IO模件等部分组成。控制系统结构如下图1所示。
系统的主要特点有:
（1）可靠性
NT6000模件均通过严格电磁兼容测试，最高达到四级标准，抗干扰性强；控制网络采用工业以太网，支持冗余环型或冗余星型网络拓扑结构，在数据应用上没有中断和延时；网络负荷和控制器负荷低；具有分布式S0E系统和自诊断功能，过程详细事故记录，便于事后分析。
（2）易用性
NT6000采用分布式透明数据库设计，通过网络直接传送到操作站，没有中间环节，易于理解和操作；支持SAMA图标准组态逻辑，模块化组态方式直观易学；I/O组态支持Excel文件导入导出，图形化组态页面支持导出文档或矢量图形文件；允许多人在线进行组态修改和进行控制器及无扰下装，便于参数修改和多人同时进行现场调试。
（3）先进性
NT6000采用高性能芯片，控制器最快控制周期为5ms；运算能力最强大，能够实现控制各种先进的控制算法和完善的逻辑设计；支持IEC标准的顺序功能模块组态方式；支持现场总线应用，提高现场设备的智能化和信息化水平。
图1 NT6000控制系统结构图
2 部分重要控制回路策略分析研究
该农林生物质发电项目自动控制系统中，主要包含锅炉、汽轮机、公用系统三大集控部分，二十多个子控制系统，在实际机组运行过程中，燃料给料、炉膛压力、过热器温度、锅炉给水等几个子系统是重要监视和控制对象，对机组稳定经济运行起着至关重要的作用。
2.1 燃料给料控制
本项目燃料由两台皮带直接运至炉前料仓，再由炉前料仓经两套八根悬臂螺旋给料机后进入四套双螺旋给料机，再由双螺旋给料机送入锅炉的四个给料口。
系统采用“直接能量平衡”进行给料量调节控制，通过改变入炉的给料量来改变炉膛内的残碳量，调节给料系统得到的残碳量，分别送往一次风量调节系统和二次风量调节系统。为确保燃料量始终低于有效风量，锅炉燃料量指令和燃料所需风量之间设有浮动交叉限制；被调参数坏值、被调参数偏差大、MFT动作、母管压力高报警、给料机变频器故障、阀位反馈坏值、控制输出坏值、驱动回路故障时，发报警信号，切“手动”方式；床温高时，闭锁给料机转速进一步开大，床温低时，闭锁给料机转速进一步关小。
2.2 炉膛压力控制
引风控制为单回路控制系统，有三个炉膛压力信号测点，取中间值作为被调量，控制变量为引风机入口导叶。根据炉膛负压的设定值与实际值的偏差调节输出加上送风机挡板开度前馈信号控制引风机入口导叶的开度，采用燃烧风量总需求指令信号作为本系统前馈信号。当炉膛压力过高时，引风机挡板指令闭锁减；当炉膛压力过低时，引风机挡板指令闭锁增[3]；当炉膛压力变送器故障、被调参数坏值、控制输出坏值、阀位反馈坏值、被调参数偏差大或执行回路故障时，切调节为“跟踪”方式，发报警信号。
2.3 过热器温度控制
由于锅炉两段过热器换热方式不同，通过调节两侧减温水调节门开度，控制减温水流量，保持集汽联箱过热汽温为恒定值。二级过热汽温控制系统以主汽温作为被调量，一级过热汽温控制系统以二级减温器进口汽温作为被调量，采用烟气热量扰动前馈指令作为控制回路前馈信号，提前调节减温水流量，提高控制质量。在低负荷、汽机跳闸及MFT发生时，将喷水阀和总截止阀关严，防汽机进水及低负荷工况时阀门芯的磨蚀；当测温元件故障、被调参数坏值、控制输出坏值、阀位反馈坏值、被调参数偏差大或执行回路故障时，切调节为“手动”方式，发报警信号。
2.4 锅炉给水控制
主给水系统为单元制，系统配置两台100%流量变频调速电动给水泵，一台运行一台备用。三个汽包水位信号测点，取中间值后经过汽包压力修正形成锅炉汽包水位信号；采用经主汽温度和压力补偿后的主蒸汽流量作为总主蒸汽流量；给水流量信号及减温水流量信号经温度补偿后作为总给水流量。在启动和锅炉负荷小于30%时，用单冲量控制系统调节给水管道上的调节阀；在负荷大于30%时，采用三冲量调节系统调节给水调节阀。当流量变送器故障、蒸汽流量与给水流量偏差大时切为单冲量控制，发出报警信号；当水位、流量变送器故障、控制输出坏值、阀位反馈坏值、驱动回路出现故障、水位偏差大时切手动，发出报警信号。
3 结语
实践证明，NT6000高可靠的硬件和灵活、强大的软件功能为生物质发电机组运行控制提供了可靠的保证，为机组的安全、稳定、经济运行保驾护航。随着农林生物质行业快速发展及自动化控制程度要求提高，此控制系统的成功应用具有一定的示范和引领作用。
参考文献
[1]北极星电力新闻网.https://news.bjx.com.cn/html/20210204/1134524.shtml
[2]周景山.DCS系统在大型生物质循环流化床机组中的应用研究.[J].企业技术开发.2015，(15):43
[3]焦平义，陈少波.DCS在生物质发电厂自动控制的应用.[J].科技视界.2017，(09):108